В катархее карбонатных пород немного; укажем прежде всего мраморы и известковистые кристаллические сланцы Прибайкалья, Побужья, Памира (Ваханская серия) и юго-восточной Канады (серия Гренвилл), образовавшиеся, вероятно, из сульфатно-сернистых известняков и доломитов. В архее карбонатных пород, пожалуй, еще меньше. В нижнем протерозое, когда появился кислород, выросло количество С2, морская вода стала хлоридно-карбонатной и в ней образовалось карбонат-бикарбонатное равновесие, появились и мощные слои карбонатных осадочных пород, прежде всего доломитов химического происхождения (при большом содержании СO2 и высоком щелочном резерве в морской воде доломитовое вещество насыщает воду и выпадает в осадок легче, чем СаСO3); примером может служить мощная доломитовая свита Трансвааля возрастом около 2 млрд. лет.
В дальнейшем в карбонатных породах наблюдается некоторый рост доли кальцита за счет доломитов (объясняемый, вероятно, снижением щелочного резерва морской воды; Р. В. Фэйрбридж [31] считает, что значение рН воды в среднем и верхнем протерозое могло падать до 4-5), а также увеличение доли карбонатов биологического происхождения.
В венде содержание СO2 в океане, по-видимому, уменьшилось (возможно, вследствие затрат углекислоты при фотосинтезе водорослей), морская вода приобрела хлоридно-сульфатный характер, и значение рН в ней опять достигло 7, допустив в некоторой мере образование карбонатов; может быть, это и содействовало появлению скелетов у животных в начале фанерозоя.
Позже, 360-280 млн. лет тому назад, развитие фотосинтезирующей растительности на суше привело, вероятно, к новому уменьшению содержания СO2 в атмосфере, а потому и в океане, и значение рН в морской воде выросло до современного уровня 7.5-8.5. Это, вероятно, содействовало вспышке в развитии организмов, выделяющих известь, - кокполитовых водорослей и одноклеточных животных - корненожек фораминифер (возникших еще в начале фанерозоя; в рассматриваемый период наибольшее развитие имели фораминиферы надсемейства фузулинид). После некоторого спада такая вспышка повторилась 130-70 млн. лет тому назад, обусловив массовое выпадение биогенных карбонатных осадков мелового периода (причем наибольшее развитие из фораминифер имели нуммулитиды). В настоящее время накопление карбонатов в Мировом океане происходит почти исключительно биологическим путем (причем основную роль в нем играют планктонные фораминиферы - в холодных и умеренных водах глобигериниды, а в теплых - глобороталлииды).
Рассуждения о происхождении и эволюции атмосферы и гидросферы, аналогичные изложенным здесь, могут быть применены и к другим планетам земной группы. Маленькая Лупа (0.01229 массы Земли) и небольшой Меркурий (0.0543 массы Земли), раскаляемый близким Солнцем и обдуваемый сильным солнечным ветром, не смогли удержать свои атмосферы. Марс побольше (0.10766 массы Земли) и может удержать атмосферу из тяжелых газов, но температура лучистого равновесия на его поверхности в среднем много ниже температуры существования жидкой воды, так что условия для гидратации мантийных гипербазитов и для химического карбонатообразования весьма затруднены. Этим можно пытаться объяснять наличие на Марсе лишь небольшой атмосферы (с давлением у поверхности планеты около 0.005-0.008 атмосферного давления на Земле) преимущественно из углекислого газа (впрочем, возможно, что основное количество СO2 на Марсе в настоящую эпоху выморожено и находится в виде «сухого льда» в полярных шапках; об этом может свидетельствовать также предполагаемое повышенное содержание аргона в современной марсианской атмосфере).
Наиболее близка к Земле по размерам Венера - ее масса равна около 0.81 массы Земли; ускорение силы тяжести на ее поверхности равно 884 см/сек.2 против 981 см/сек.2 у Земли; средняя плотность Венеры (5.06 г/см3) лишь немногим меньше, чем Земли (5.52 г/см3). Не имея иных данных, мы можем пока допустить, что:
1) Венера имеет такой же возраст, как Земля;
2) она образована приблизительно из такого же вещества (может быть, лишь с чуть большим содержанием железа);
3) эволюция ее недр происходила приблизительно так же, как у Земли (лишь из-за менее сильной гравитации она немного меньше уплотнилась).
Большая разница в собственных вращениях планет (Венера вращается вокруг своей оси в 243 раза медленнее, чем Земля, и в противоположную сторону) и, возможно, связанное с этим отсутствие у Венеры магнитного поля не кажутся существенными для процессов расслоения планеты на оболочки. Поэтому можно предположить, что из мантии Венеры выплавилось базальтов, водяного пара и других газов примерно такое же количество, как и на Земле. Однако эволюция внешних оболочек Венеры, несомненно, происходила совершенно иначе, чем на Земле, так как современная атмосфера Венеры совсем не похожа на земную.
В 1967-1975 гг. выдающимся достижением советской науки и техники явилась серия экспериментов по измерению характеристик венерианской атмосферы с помощью аппаратов, спускаемых на парашютах с автоматических космических ракет. Эти измерения показали, что венерианская атмосфера имеет большую мощность - она почти в 100 раз массивнее земной (давление атмосферного газа на поверхности этой планеты равно в среднем около 90 атм., т. е. оно в 90 раз больше, чем на Земле). Состоит она в основном из углекислого газа (его там около 97%), небольшого количества водяного пара и очень малой доли кислорода. Температура у твердой поверхности планеты очень высокая - около +470° С (в нижних слоях атмосферы она падает в среднем на 8.5° на каждый километр высоты, так что на нижней границе облаков, занимающих там слой на высотах 35-65 км, температура равна +172° С, а на верхней границе облаков зарегистрирована температура около -40° С). Такая температура исключает существование гидросферы и допускает наличие капельно-жидкой воды лишь в облаках высоких холодных слоев атмосферы. Несмотря на большую толщину и наличие мощного облачного слоя, атмосфера все же пропускает некоторую долю солнечного излучения до твердой поверхности планеты, на которой одним из аппаратов, совершивших мягкую посадку, была зарегистрирована освещенность Солнцем порядка одного ватта мощности световой энергии на квадратный метр площади.
Высокая температура у поверхности Венеры в настоящее время объясняется не тем, что Венера ближе к Солнцу, чем Земля, и на нее падает больше солнечного тепла (в 1.9 раза): из-за большой отражательной способности верхней поверхности облачного слоя венерианской атмосферы около 3/4 солнечного излучения отражается в космос, и усваиваемое количество солнечного тепла здесь оказывается даже меньше, чем на Земле. Высокая температура создается сильнейшим парниковым эффектом мощной атмосферы из углекислого газа, частично пропускающей солнечное излучение в свои глубины, но не выпускающей обратно тепловое излучение своих нижних слоев. Однако раньше, в начале образования первичной атмосферы Венеры, до тех пор, пока она оставалась столь тонкой, что парниковый эффект еще не играл существенной роли, температура у поверхности Венеры была близкой к температуре лучистого равновесия, которая вследствие близости к Солнцу была выше, чем на Земле, и, согласно простейшим оценкам, превышала пределы существования жидкой воды.
Таким образом, приходится признать, что на Венере не было и нет ни гидросферы, ни жизни земного типа, так что ни гидратации мантийных гипербазитов, ни химического, ни биологического карбонатообразования там не происходило. Поэтому весь углерод, на Земле перешедший (преимущественно биологическим путем) в карбонаты, сланцы, глины, угли и нефти коры (где количество CO2 в одних только карбонатах А. Б. Ронов и А. А. Ярошевский [32] оценивают в 3.7·106 триллионов т, в 70 раз больше массы атмосферы), на Венере остался в атмосфере.
Сложнее объяснить, куда девалась на Венере вода. Если на Земле испарить всю воду, то она образовала бы атмосферу из водяного пара вчетверо массивнее нынешней венерианской. Молекулы воды в венерианской атмосфере, по-видимому, распадались под действием более интенсивных, чем на Земле, жестких излучений Солнца и, кроме того, заряженных частиц, на Земле отражаемых магнитным полем (а по О. Г. Сорохтину [23], -также по реакции термолиза ЗFе+4Н2О → Fe3O4+H2 при наличии свободного железа на горячей поверхности Венеры). Водород уходил в космическое пространство, а кислород, составляющий 8/9 массы воды, затрачивался на окисление СН4, СО и других атмосферных газов, свободного железа и закисей Fe и других металлов в породах горячей венерианской коры (такие процессы происходили и происходят и на более холодной Земле, но соответствующая убыль кислорода в ее атмосфере теперь компенсируется быстрым продуцированием О2 при фотосинтезе растений). Если для грубой прикидки принять, что первичные базальты венерианской коры содержали порядка 10% закиси железа FeO, то для ее окисления до Fe2O3 в коре массой 5·107 триллионов т потребовалось бы порядка 5·105 триллионов т кислорода, и его заимствование из атмосферы уменьшило бы давление газа у поверхности Венеры примерно на 90 атм. Эта оценка показывает, что количественное объяснение исчезновения кислорода из венерианской атмосферы может быть дано при дополнительном учете свободного железа и других способных окисляться веществ в венерианской коре.